在气候与土地利用相互影响的背景下，渤海沿岸地区濒危水鸟的栖息地重组及保护工作存在不足

《Ocean & Coastal Management》：Habitat reconfiguration and conservation shortfalls for endangered waterbirds in the Bohai Rim under climate-land use coupling

濒危水鸟栖息地受气候变化与土地利用协同影响，研究基于渤海湾地区整合FLUS模型与MaxEnt模型，模拟六种濒危水鸟2050年栖息地分布及保护区缺口。结果显示气候变暖与土地利用扩张（城市、工业用地增加）显著压缩栖息地，热点区域持续南移，当前保护区仅覆盖18%适宜栖息地且多数情景下覆盖率下降，建议加强湿地恢复、限制城市扩张并优化保护区网络。

　　

宋远志|莫迅强|何梦轩

天津师范大学地理学院，中国天津，300387

摘要

保护濒危水鸟的栖息地是维持湿地生态系统平衡的关键问题。然而，持续的气候变化和土地利用变化正在对其栖息地造成越来越大的压力，因此预测未来适宜区域的变迁以制定有效的保护策略变得至关重要。本研究选择了东亚-澳大利西亚迁飞路线（EAAF）上中国的一个关键水鸟中途停留地作为研究地点。通过将未来土地利用模拟（FLUS）模型与最大熵（MaxEnt）模型相结合，我们在不同情景下模拟了六种濒危水鸟的栖息地变化，并评估了现有自然保护区的保护缺口。研究表明，城市扩张和湿地减少会减少水鸟的栖息地，并与气候条件产生复合效应。在多种情景下，预计有三种濒危水鸟的适宜栖息地将大幅扩展。平均日活动范围、土地利用和降水季节性对所有物种的预测影响最大。对濒危水鸟热点区域的分析显示，热点区域呈现出一致的向南迁移趋势，在当前土地利用趋势情景和低温室气体排放路径（SSP126）情景下，潜在的热点区域最大；而在生态保护土地利用情景和高温室气体排放路径（SSP585）情景下，热点区域最小。保护缺口分析表明，现有保护区仅保护了18.0%的适宜栖息地，且这一比例在大多数情景下预计会进一步下降。我们的研究结果为改进保护策略提供了有价值的信息，如增加湿地和水域恢复、减少城市扩张以及扩大自然保护区网络以适应未来变化。

引言

水鸟是湿地健康的敏感指标，反映了水文、植被和食物网结构的变化，这些变化对于维持生物多样性和生态系统稳定性至关重要（Green和Elmberg，2014）。然而，加速的气候变化和人为引起的栖息地破碎化及退化正在加剧全球生物多样性的丧失，对受威胁物种的影响尤为严重（Habel和Zachos，2012；Haddad等，2015；Jaureguiberry等，2022）。因此，了解气候变化和土地利用/土地覆盖（LULC）变化如何相互作用以重塑水鸟的分布，对于预测生态响应和设计适应性保护策略至关重要，特别是对于那些已经面临灭绝风险的物种。

东亚-澳大利西亚迁飞路线（EAAF）经过世界上人口最密集和发展最快的地区之一，支撑着全球受威胁水鸟中最高比例的物种（约23.0%；Kirby等，2008）。这种脆弱性很大程度上源于中国潮间带湿地的巨大变化——这些湿地是水鸟的重要停留和越冬地——由于大规模的填海造地、栖息地退化以及气候变暖的加速（Tian等，2016）。尽管有许多研究记录了这些压力，但在不同气候变化和土地利用情景下对未来适宜栖息地的预测仍然不一致或不确定（Brodie等，2022）。因此，迫切需要一种结合气候和土地利用动态的稳健、综合的预测方法，以指导积极的、基于证据的保护行动，并减轻延迟或危机驱动的管理响应。

气候和土地利用是塑造水鸟栖息地的根本驱动力，但之前的预测通常分别考察这些因素，限制了对它们相互作用效果的洞察力，并制约了基于证据的土地利用政策和保护区扩展决策（Ma等，2013）。气候变暖改变了适宜栖息地的空间和时间分布，增加了适应性较差物种的灭绝风险（例如，在SSP2-4.5/SSP5-8.5情景下，青藏高原的适宜栖息地预计会收缩；Li等，2023）。同时，LULC变化直接导致栖息地丧失和破碎化（IPBES，2022；Tilman等，2017；Zhao等，2022）。由于气候和人为因素可以相互加强或抵消（Beissinger等，2023），因此需要一个综合的分析框架。

物种分布模型（SDMs），特别是MaxEnt模型，提供了一种有效的方法来量化环境适宜性并识别生物多样性热点（Myers等，2000；Brooks等，2006；Phillips等，2006；Elith等，2011；Wang等，2022；Huang等，2023）。当与未来土地利用模拟（FLUS）模型和CMIP6共享社会经济路径（SSPs）的气候预测相结合时，这种方法能够进行基于情景的预测，捕捉气候和LULC变化的交互动态（Veldkamp和Verburg，2004；Van Asselen和Verburg，2013；Liu等，2017；Tesfaw等，2018；Chen等，2019；Liang等，2021）。真正的三重组合——将FLUS、CMIP6/SSPs和SDMs联系起来——在鸟类生物地理学研究中仍然较为罕见，但它可以提高预测准确性并为保护网络设计提供可操作的空间指导。

我们专注于渤海沿岸地区，这是一个EAAF的中途停留地，将多情景土地利用模拟模型（FLUS）与降尺度的CMIP6生物气候变量（SSPs）和MaxEnt相结合，来模拟六种受威胁水鸟的适宜性。目标：（1）识别当前/未来的热点区域和关键环境驱动因素；（2）在耦合的气候-土地利用情景下预测2050年的适宜性；（3）量化省级自然保护区网络的覆盖缺口。这一统一框架为未来栖息地的重新配置提供了空间证据，确定了关键驱动因素和敏感联系，并支持有针对性的措施（湿地/水域恢复、增长边界限制和自然保护区网络优化）。该方法可应用于EAAF沿岸系统的其他地区。

研究区域

渤海沿岸地区包括中国山东、河北、天津和辽宁三个省份的沿海地区（图S1），具有温暖的温带大陆性季风气候。作为EAAF上的一个关键中途停留地（Yang等，2011），这里是世界上生物多样性最丰富的迁徙路线之一，也是濒危物种的重要越冬和繁殖地。2024年，该地区被指定为扩大的联合国教科文组织世界自然遗产地“候鸟”的核心区域

模型性能和主要空间模式

FLUS模型在不同情景下模拟土地利用动态时表现出可靠性。在基线和未来预测中，耕地以及城市和工业用地仍然是渤海沿岸地区的主要土地利用类型。从2020年到2050年，总体土地利用趋势显示耕地持续减少，而城市和工业用地显著扩张，同时生态用地类型（林地、草地、湿地和水域）的变化则明显不同

讨论

在这项研究中，应用MaxEnt模型预测了渤海沿岸地区在多种气候和土地利用情景下濒危水鸟的潜在适宜栖息地及其未来变化。结果显示，在所有情景下，热点区域都集中在关键的沿海湿地，并表现出高度的空间聚集性。栖息地扩张或收缩的幅度在不同情景下呈现出一致的模式

结论

本研究整合了鸟类分布数据、未来气候数据和土地利用数据，并基于对自然和人类活动的全面考虑，使用优化的FLUS和MaxEnt模型模拟了渤海沿岸地区可能的未来环境条件。结果表明，气候变化和土地利用变化对濒危水鸟的适宜栖息地构成了重大威胁，尤其是平均日温度范围、降水季节性和土地利用类型

作者贡献声明

宋远志：撰写——原始草稿、可视化、软件开发、正式分析、数据管理、概念构思。莫迅强：撰写——审稿与编辑、验证、方法论、资金获取、数据管理、概念构思。何梦轩：撰写——审稿与编辑、监督、方法论、资金获取、数据管理、概念构思。

资助

本工作得到了中国国家重点研发计划（2024YFF1306801、2024YFF1306804）和天津市自然科学基金（24JCYBJC01150）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。